Процессы центробежного отжима изделий из тканей

Отжим влаги из ткани в бытовых стиральных машинах является самой сложной технологической операцией, определяющей конструкцию машины. В среднем 1 кг сухой ткани захватывает до 2,5 кг воды и остаточная влажность составляет 200…250%. В процессе отжима степень влажности ткани необходимо довести до 55…65 %.

Процесс центробежного отжима или центрифугирования можно разделить на два этапа. Hа первом этапе удаляется влага, находящаяся в основных и уточных переплетениях ткани, а также в промежутках между волокнами. Hа втором этапе удаляется влага, которая удерживалась в ткани за счет сил поверхностного натяжения.

После первого этапа центрифугирования влажность ткани составляет 110…120%, после второго - 55…65 %. Исследования показали, что для обеспечения остаточной влажности 110…120 % частота вращения барабана должна составлять 350…400 об/мин, а для достижения 55…65 % необходимо увеличить частоту вращения барабана до 1000 об/мин. Для того, чтобы развить такую частоту вращения и обеспечить устойчивость машины необходимо либо значительно увеличить массу машины и применить мягкую систему подвески, либо использовать специальные способы выхода на режим отжима с заданной частотой. Это объясняется тем, что масса влажной ткани распределяется в барабане неравномерно и при больших значениях частоты вращения возникают большие значения центробежной силы, которую необходимо компенсировать.

Для компенсации возникающей при отжиме центробежной силы предпочтительно использовать специальные способы, например, прерывистый режим ("интерсвинг"). Прерывистый режим - это способ отжима, состоящий из нескольких простых фаз отжима, прерываемых во времени для обеспечения равномерного распределения массы ткани вдоль обечайки барабана. Часто применяют также линейный отжим с плавным линейным повышением частоты вращения и ступенчатый отжим с различным числом ступеней и их уровней. Каждый из видов отжима имеет свои модификации для разных типов тканей. В некоторых стиральных машинах для лучшей раскладки ткани в барабане отжим начинается при не полностью слитой воде.

В современных стиральных машинах предусмотрено несколько программ отжима: от простой до сложной. При превышении амплитуды вибраций срабатывает датчик вибраций и дает сигнал на остановку с последующим переходом на другую программу отжима. Таким образом делается перебор всех программ, пока не произойдет равномерная раскладка и отжим. Если перебор всех заложенных программ не обеспечивает выхода на заданную частоту отжима, в бак заливается вода и делается попытка произвести правильную раскладку белья. Если и это не дает результата, на индикаторе появляется сигнал оператору о необходимости произвести раскладку ткани вручную.

2.4. Гидромеханические процессы в барабанных стиральных машинах

Основным рабочим органом бытовых стиральных машин барабанного типа является перфорированный вращающийся барабан, в который помещается обрабатываемое белье. Механическое воздействие заключается в том, что изделия при вращении в барабане поднимаются за счет центробежных сил на определенную высоту и под действием силы тяжести падают в раствор, приобретая в момент удара о раствор и обечайку барабана максимальную кинетическую энергию. После этого изделия проходят через раствор, вновь поднимаются на определенную высоту, и цикл перемещения ткани изделий во вращающемся барабане повторяется. Интенсивность механического воздействия зависит от кинетической энергии, сообщаемой массе ткани, следовательно, зависит от диаметра барабана, уровня воды в баке, частоты вращения барабана, размера и числа гребней [4].

Рассмотрим динамические процессы перемещения ткани во вращающемся барабане.

Барабан стиральной машины (рис. 1) является основным элементом, осуществляющим гидромеханическое воздействие на ткань изделий и обеспечивающим функциональные показатели стиральной машины: качество стирки, полоскания, отжима и степень износа ткани.

Расчет размеров и частоты вращения барабана производится при следующих задаваемых параметрах [4]:

m - масса загружаемой ткани изделий в сухом виде, кг;

u_с - удельный объем смоченной ткани изделий, м ³/ кг;

k _с - коэффициент загрузки барабана смоченной тканью изделий;

;

(1)

k _Lб - коэффициент длины барабана:

;

(2)

k _gRб - коэффициент центробежного ускорения, определяемый отношением центробежного ускорения на радиусе барабана, выраженного в м / с², к ускорению силы тяжести g = 9,81 м/с²:

;	(3)
;	(4)

где n_б - частота вращения барабана (об/мин).

Величина центробежного ускорения на радиусе барабана равна произведению квадрата угловой скорости вращения барабана w _б (рад/сек) на радиус барабана R_б (м).

Оптимальные значения коэффициента центробежного ускорения k _gRб определены в результате экспериментальных и теоретических исследований и находятся в пределах 0,75 ¸ 0,82 [4].

Значения массы загружаемой ткани изделий m регламентируется требованиями отечественных [3] и международных стандартов.

Величина удельного объема смоченной ткани изделий u_с измеряется экспериментально, например, в мерном барабане и зависит от вида ткани. Для изделий из бязи u_с находится в пределах 0,0075 ± 0,0005 м³ / кг [5].

Оптимальные значения коэффициента загрузки барабана k _с, при которых обеспечивается нормируемый уровень качества стирки (показатель отстирываемости), определены в результате экспериментальных исследований и теоретических расчетов [5] и находятся в пределах k _с = 0,6 ¸ 0,7.

Рис. 1 - Расчетная схема барабана: Dб - диаметр барабана; Lб - длина барабана; Vз- объем загрузки барабана смоченной тканью изделий; Fз - площадь загрузки; hз - высота загрузки; Vб - объем барабана.

Величина коэффициента загрузки барабана характеризует степень загрузки объема барабана смоченной тканью изделий. Например, если k _с = 0,65, то это означает, что барабан заполнен смоченной тканью изделий на 65%. При степени заполнения барабана более 70% наблюдается ухудшение качества стирки вследствие перезаполнения барабана.

Величина коэффициента длины барабана k _Lб, определяемого отношением длины барабана к его диаметру, находится обычно в пределах k _Lб = 0,55 ¸ 0,60, а для узких стиральных машин k _Lб = 0,35 ¸ 0,45.

Расчет оптимальных геометрических размеров барабана бытовых стиральных машин производится по приведенным ниже формулам.

Значения диаметра и радиуса барабана рассчитываются при известных значениях загружаемой предельной массы изделий m и удельного объема смоченной ткани изделий u_с. Объем заполнения барабана смоченной тканью изделий будет равен:

Vз = m × uс.

(5)

Из рисунка 1 видно, что для расчета коэффициента загрузки справедливо соотношение (6):

,	(6)
.	(7)

На основе соотношений (5), (5) и (7) можно получить равенство (8):

.

(8)

Из соотношения (8) можно получить уравнение для расчета D_б (м):

.

(9)

Как показывает анализ уравнения (9), диаметр барабана является функцией четырех факторов:

.

(10)

Верхние пределы коэффициентов k_c £ 0,7 и k_L < 0,6 определяются нормированными значениями показателей качества стирки. Если принять значения u_с = 0,0075 м³/кг, k_c = 0,65 и k_L = 0,6, то уравнение для расчета диаметра и длины барабана примет упрощенный вид:

,	(11)
.	(12)

Степень заполнения барабана можно рассчитать из уравнения:

.

(13)

Для практических инженерных расчетов степень заполнения барабана можно определить по измеренному значению высоты заполнения h_з: